Beispiele aus der Praxis

10 Beispiele aus der Praxis für Newtons zweites Gesetz (F = ma)

Die Nettokraft auf ein Objekt ist gleich seiner Masse mal seiner Beschleunigung. Die Richtung der Beschleunigung ist die Richtung der Nettokraft.

  1. Einen Fußball kicken. Ein 0,4 kg schwerer Ball, der bei einem Kontakt von 5 ms eine Geschwindigkeit von 25 m/s erreicht, erfordert eine durchschnittliche Kraft von 0,4 × 25 / 0,005 = 2 000 N.
  2. Einen Einkaufswagen schieben. Ein 30-kg-Wagen, der mit 0,5 m/s² beschleunigt wird, benötigt 15 N Nettoschub (über der Reibung).
  3. Raketenstart. Nettoschub minus Gewicht ergibt Masse mal Beschleunigung. Eine Saturn V hatte beim Start einen Schub von ca. 33 MN und ein Gewicht von ca. 28 MN, so dass ca. 5 MN übrig blieben, um ca. 2,8 × 10⁶ kg bei ca. 1,8 m/s² zu beschleunigen.
  4. Beschleunigung des Aufzugs. Ein Passagier mit einem Gewicht von 700 N zeigt auf einer Skala 770 N an, wenn der Aufzug mit 1 m/s² nach oben beschleunigt. Die zusätzlichen 70 N ergeben sich aus F_net = m × 1 m/s².
  5. Crashtest. Eine Verdoppelung der Aufprallgeschwindigkeit vervierfacht die kinetische Energie und verdoppelt (bei gleicher Knautschstrecke) die Verzögerungskraft.
  6. Tennisaufschlag. 0,057-kg-Ball erreicht 60 m/s in ~4 ms: F ≈ 0,057 × 60 / 0,004 = 855 N Durchschnitt.
  7. Einen Schneeball werfen. Ein schwererer Ball bedeutet eine geringere Beschleunigung bei gleicher Armkraft – F = ma in Aktion.
  8. Einen Schlitten über den Schnee ziehen. Erforderliche Zugkraft = Reibung + (Masse × gewünschte Beschleunigung).
  9. Drag-Rennen. Beschleunigung = (Motorschub − Rollwiderstand − Luftwiderstand) / Masse. Top-Kraftstoff-Dragster erreichen 5 g.
  10. Fallschirmspringer vor Endgeschwindigkeit. Nettokraft = mg − F_drag; Sobald der Widerstand das Gewicht ausgleicht, ist die Nettokraft Null und die Beschleunigung Null (Endgeschwindigkeit).

Was Schüler falsch machen

F ist die NET-Kraft. Ein häufiger Fehler besteht darin, nur die ausgeübte Kraft zu verwenden und Reibung, Gewicht oder Normalkräfte zu ignorieren.

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